《计算机组成原理》课程教学大纲.docx

计算机组成原理课程教学大纲课程基本信息课程名称（中文）计算机组成原理课程名称（英文）Computer Organization Principles课程类别：学科基础课程课程性质必修授课语言中文授课学期第4学期学分4课程学时及分配总学时讲课实验课外644816适用专业物联网工程等授课学院计第机与软件学院先修课程大学物理n、电路11、电子技术基础后续课程微机原理与接口技术、无线传感网络技术课程简介课程基本定位：本课程为物联网工程专业专业主干课。该课程的教学 目的是使学生理解常用计算机组成与系统结构工作原理，能够运用所 学理论知识，进行计算机系统的运行能分析、计算，正确开展实验， 为后续“微机原理与接口技术”、“无线传感器网络”等专业课程打卜 基础，同时为从事物联网工程技术工作和科学研究奠定初步基础。课程复杂工程问题：计算机组成原理中的“复杂计算机模型系统 设计”是计算机由CPU、存储器、中断控制器、总线以及实现逻辑和 各部件之间的接口关系，依照工程实际需求，融合个性需求，将工业 现场环境的参数与计算机系统有机地结合在一起，通过网络化综合智 能控制和管理，实现一个模型计算机，属于“复杂工程问题”。该课 程设计要求学生在学习基本电路的基础上，综合运用传感器、电子线 路、通信、嵌入式系统等多方面专业知识，考虑如何启效扩展存储器 容量方面问题，在查阅相关资料基础上，深入分析形成设计方案。在 调试过程中，需要使用多种现代工具（如测量仪器、电子设计自动化）， 同时在整个过程中培养学生的团队合作精神、沟通能力、工程管理等 多项毕业要求。在本专业培养方案中多项教学活动均涉及到解决“复 杂工程问题”能力的培养。核心学习结果：结合自主学习，理解计算机的原理、结构及运行特性； 能够在学习小组中，运用计算机的相关专业知识，分析计算机控制系 统的复杂工程问题，设计合适的解决方案，并正确有效地开展实验验 证工作。主要教学方法：讲授、案例、实验、专题研讨大纲更新时间二、课程目标工程设计软 件应设计开 发的能力。设计软件应设 计开发的能 力。目设计软件 应设计开发 的能力。目设计软件 应设计开发 的能力。设计软件应 设计开发的 能力。七、参考书目及学习资料1、袁春风，计算机组成与系统结构（第2版），清华大学出版社，2015年2、袁春风，计算机组成与系统结构习题解答和教学指导（第2版），清华大学出版 社，2016年课程总目 标课程子目标达成方法1.知识1.1 :掌握数据的机器级表示以及运算方法和运算部件；L2：掌握计算机指令系统以及中央处理器；.1.3 ：掌握指令流水线，与CPU连接及编制响应的初始化程序和应用程序；1.4 ：掌握计算机系统分层体系结构。讲授、实验、 案例、专题研 讨。2.能力2.1 ：具有计算机应用系统软硬件设计与开发能力；2.2 ：具有接口电路控制字编程、初始化编程应用能力；2.3 ：具有工程应用与工程设计软硬件设计开发能力；2.4 ：能够就微机系统复杂工程问题的求解，在学习小组中， 充分发挥组织、协调能力，与小组成员有效沟通，合作解决 问题。讲授、实验、 案例、专题研 讨。3.素养3.1：拥有求真务实、切问近思等科学精神。实验、专题讨 论。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号支撑的毕业要求指标点课程目标1指标点L 2:能够运用数学、工程 基础和专业知识的基本概念、基 本理论和基本方法对物联网工程 领域的智慧标识和感知、信息传 送和智能处理环节的复杂工程问 题进行数学建模并求解。课程目标LL 1,2 课程目标2. 1,2.22指标点2.2:应用数学、自然科 学、工程科学和专业知识的基本 原理，针对物联网工程领域的智 慧标识和感知、信息传送和智能 处理等环节的复杂工程问题进行 抽象、描述和表达。课程目标1.3, L 4课程目标2.33指标点4.1：能够根据物联网工 程领域的智慧标识和感知、信息 传送和智能处理环节的系统需 求，通过文献研究，利用理论分 析等手段，给出相关复杂工程问 题的解决方案。课程目标3.1指标点IL 2：掌握物联网工程项课程目标2. 4课程目标2. 44目全生命周期各过程管理的基本、理论教学环节及基本要求、理论教学环节及基本要求方法和技术。章标题教学内容学时预期学习成果 （描述学生在学完本 节内容后其知识、 能力或素养预期成 果到达的程度，后同）教学方式（讲授、专题研 讨、案例、实验、 实地调研等，但 不限于此）课程目标第一章计算机系统概述2熟悉计算机系统层 次化结构，了解计 算机性能测量和评 价指标以及计算机 性能影响因素。讲授、案例目标1.1目标2.1第二章数据的机器级表示4掌握真值与编码表 示数之间的转换方 法、奇偶校验、海 明校验的基本原理 以及CRC码校验的 计算和检错方法。讲授、案例、作 业目标1.2目标2.2第三章运算方法和运算部件8掌握定点数的逻辑 移位、算术移位和 扩展操作方法，补 码加减运算方法、 浮点数加减运算方 法以及算术逻辑单 元的功能结构。讲授、案例、实 验、作业目标L3目标1.4目标2.3第四章指令系统6掌握指令系统设计 中的有关指令格 式、操作数类型、 寻址方式、操作类 型。讲授、案例、实 验、作业目标1.4目标L4目标2.1第五章中央处理器6掌握CPU的主要功讲授、案例、专目标L3犯能、CPU的内部结 构、指令的执行过 程、数据通路的基 本组成、数据通路 的定时、数据通路 中信息的流动过 程。题研讨、作业目标L4目标2.4第六章指令流水线4掌握现代计算机 CPU是如何执行指 令，在指令流水线 中如何处理异常和 中断。讲授、案例、专 题研讨目标1.4目标2.2第七章存储器分层体系结构6掌握存储器分层体 系结构的几类存储 器的工作原理和组 织形式。讲授、案例、专 题研讨、作业目标1.3目标L4目标2.2第八章互联及输入输出组织4掌握现代计算机中 各主要模块之间的 总线互联方式，以 及输入输出系统涉 及的软硬件概念和 知识体系。讲授、案例、专 题研讨目标L4目标3.1五、实践（实验）教学环节及基本要求编 号实践（实 验）工程 名称教学内容学 时实验类 型预期学习成果课程目标1补码表示 实验分析简单C语言程序中与 数据表示相关的执行行 为，通过实际代码执行验 证真是计算机中数据表 示的编码体系。2设计掌握获取C语 言变量机器码 的方法，培养 数据表示层面 的基本的软硬 件协同系统 观。目标2.1目标2.42海明校验 码设计实 验设计海明码校验编码电 路，并设计海明码校验解 码电路并进行相应的传 输测试。2设计掌握海明校验 码设计原理与 纠错性能，能 独立设计实现目标2.3目标2.4汉子编码的海 明校验编码体 系，并最终哎 实验环境中利 用硬件电路实 现对应的编码 电路。3串行通信 设计实验在Logisim模拟器中翻开 文件，在对应的子电路中 利用已经封装好的全加 器设计8位串行可控加减 法电路。2设计能够掌握1位 全加器的实现 逻辑，掌握多 位可控加减法 电路的实现逻 辑，在软甲那 种实现多位可 控加减法电 路。目标2.3目标2.44RAM组件实验在数据表示实验的工程 文件中新增子电路，复制 流水传输测试电路，改造 改电路中编码流水传输 的第五阶段。2设计掌握 Logisim 平台中RAM 组件的基本使 用方法，进一 步熟悉流水传 输控制机制。目标2.2目标2.3目标2.4六、课程评价(一)考核内容、考核方式与课程目标对应关系课程目标考核内容考核方式及占比(%)成绩 (%)作业课程实验考试目标1.1是否理解数据的机器级表示 以及运算方法和运算部件。2.5%2.5%2.5%7.5%目标L2是否理解计算机指令系统以 及中央处理器。2.5%2.5%7.5%12.5%目标L3是否理解指令流水线，与CPU 连接及编制响应的初始化程 序和应用程序。2.5%2.5%7.5%12.5%目标1.4是否理解计算机系统分层体 系结构。2.5%2.5%10%15%目标2.1是否具有计算机应用系统软 硬件设计与开发能力。2.5%2.5%7.5%12.5%目标2.2是否具有接口电路控制字编程、初始化编程应用能力。2.5%2.5%10%15%目标2.3是否具有工程应用与工程设计软硬件设计开发能力。2.5%2.5%15%20%目标2.4能够就微机系统复杂工程问 题的求解，在学习小组中，充 分发挥组织、协调能力，与小 组成员有效沟通，合作解决问 题。2.5%2.5%目标3.1课程实验环节是否能够反映 求真务实、切问近思等科学精 神。2.5%2.5%合计17.5%22.5%60%100%(二)考核方式评分标准1.评分标准总体说明：(1)本课程通过知识讲授、实验、课程考试等环节组成，最终要求学生能够认真完成实 验和作业，通过课程考试。(2)总评成绩由期末考试、作业和实验环节构成，各项课程子目标成绩按五等百分制评定，根据考核方式及占比表中规定的比例折算得到个人最终成绩。2.评分标准分项说明(1)课程作业评分标准课程目标评分标准90-100 （优）80-89 （良）70-79 （中）60-69 (及格)0-59(不及格)目标1.1:能够深入理 解数据的机 器级表示以 及运算方法 和运算部件。能够较好地理 解数据的机器 级表示以及运 算方法和运算 部件。能够理解数 据的机器级 表示以及运 算方法和运 算部件。基本理解数 据的机器级 表示以及运 算方法和运 算部件。不理解数据 的机器级表 示以及运算 方法和运算 部件。目标1. 2：能够很好地 理解计算机较好地理解计 算机指令系统能够理解计 算机指令系基本理解计 算机指令系不理解计算 机指令系统指令系统以 及中央处理 器。以及中央处理 器。统以及中央 处理器。统以及中央 处理器。以及中央处 理器。目标1. 3：能够深入理 解指令流水 线，与CPU连 接及编制响 应的初始化 程序和应用 程序。能够较好地理 解指令流水 线，与CPU连 接及编制响应 的初始化程序 和应用程序。能够理解指 令流水线，与 CPU连接及编 制响应的初 始化程序和 应用程序。基本理解指 令流水线，与 CPU连接及编 制响应的初 始化程序和 应用程序。不理解指令 流水线，与 CPU连接及编 制响应的初 始化程序和 应用程序。目标L 4：很好地理解 计算机系统 分层体系结 构。较好地理解计 算机系统分层 体系结构。能够理解计 算机系统分 层体系结构。基本理解计 算机系统分 层体系结构。不理解计算 机系统分层 体系结构。目标2. 1 ：具有很强的 计算机应用 系统软硬件 设计与开发 能力。具有较强的计 算机应用系统 软硬件设计与 开发能力。具有一般的 计算机应用 系统软硬件 设计与开发 能力。基本具有计 算机应用系 统软硬件设 计与开发能 力。不具有计算 机应用系统 软硬件设计 与开发能力。目标2. 2：具有很强的 接口电路控 制字编程、初 始化编程应 用的能力。具有较强的接 口电路控制字 编程、初始化 编程应用的能 力。具有一般的 接口电路控 制字编程、初 始化编程应 用的能力。基本具有接 口电路控制 字编程、初始 化编程应用 的能力。不具有接口 电路控制字 编程、初始化 编程应用的 能力。目标2. 3：具有很强的 工程应用与 工程设计软 件应设计开 发的能力。具有较强的工 程应用与工程 设计软件应设 计开发的能 力。具有一般工 程应用与项 目设计软件 应设计开发 的能力。基本具有工 程应用与项 目设计软件 应设计开发 的能力。不具有工程 应用与工程 设计软件应 设计开发的 能力。（2）课程实验评分标准课程目标评分标准90-100 （优）80-89 （良）70-79 （中）60-69 （及格）0-59（不及格）目标1.1:能够深入理能够较好地理能够理解数基本理解数不理解数据解数据的机解数据的机器据的机器级据的机器级的机器级表器级表示以级表示以及运表示以及运表示以及运示以及运算及运算方法算方法和运算算方法和运算方法和运方法和运算和运算部件。部件。算部件。算部件。部件。目标1. 2：能够很好地较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算理解计算机算机指令系统算机指令系算机指令系机指令系统指令系统以以及中央处理统以及中央统以及中央以及中央处及中央处理 器。器。处理器。处理器。理器。目标1. 3：能够深入理能够较好地理能够理解指基本理解指不理解指令解指令流水解指令流水令流水线，与令流水线，与流水线，与线，与CPU连线，与CPU连CPU连接及编CPU连接及编CPU连接及编接及编制响接及编制响应制响应的初制响应的初制响应的初应的初始化的初始化程序始化程序和始化程序和始化程序和程序和应用 程序。和应用程序。应用程序。应用程序。应用程序。目标1. 4：很好地理解较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算计算机系统算机系统分层算机系统分算机系统分机系统分层分层体系结 构。体系结构。层体系结构。层体系结构。体系结构。目标2. 1：具有很强的具有较强的计具有一般的基本具有计不具有计算计算机应用算机应用系统计算机应用算机应用系机应用系统系统软硬件软硬件设计与系统软硬件统软硬件设软硬件设计设计与开发 能力。开发能力。设计与开发 能力。计与开发能 力。与开发能力。目标2. 2：具有很强的具有较强的接具有一般的基本具有接不具有接口接口电路控口电路控制字接口电路控口电路控制电路控制字制字编程、初编程、初始化制字编程、初字编程、初始编程、初始化始化编程应编程应用的能始化编程应化编程应用编程应用的用的能力。力。用的能力。的能力。能力。目标2. 3：具有很强的具有较强的工具有一般工基本具有工不具有工程工程应用与程应用与工程程应用与项程应用与项应用与工程工程设计软设计软件应设目设计软件目设计软件设计软件应件应设计开计开发的能应设计开发应设计开发设计开发的发的能力。力。的能力。的能力。能力。目标2. 4：具有良好的有较好的沟通具有较好的有一定的沟不能进行有沟通能力，能能力，与小组沟通能力，能通与协作能效沟通、未能够在小组中 发挥积极作 用，带着小组 成员很好地 分析并解决 问题。成员良好合 作，共同分析 问题、解决问 题。够协助小组 成员解决问 题。力，在小组其 他成员帮助 下，基本能够 解决问题。解决问题。目标3. 1 ：实验报告格实验报告格式实验报告格实验报告格实验报告有式规范，文字规范，文字严式比拟规范，式基本规范，明显的抄袭严谨，内容正谨，内容比拟文字比拟严文字严谨，内痕迹，不能正确，条理性正确，条理性谨，内容正容基本正确，确问答所提好，无抄袭痕 迹，图文并 茂；能正确问好，无抄袭痕 迹，图文并茂； 能比拟正确问确，条理性 好，无抄袭痕 迹，图文并条理性好，无 抄袭痕迹，图 文并茂；能基的问题。答所提的问 题。答所提的问 题。茂；能比拟正 确问答所提 的问题。本正确问答 所提的问题。（3）课程考试评分标准课程目标评分标准90-100 （优）80-89 （良）70-79 （中）60-69（及格）0-59（不及格）目标1.1:能够深入理能够较好地理能够理解数基本理解数不理解数据解数据的机解数据的机器据的机器级据的机器级的机器级表器级表示以级表示以及运表示以及运表示以及运示以及运算及运算方法算方法和运算算方法和运算方法和运方法和运算和运算部件。部件。算部件。算部件。部件。目标1. 2：能够很好地较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算理解计算机算机指令系统算机指令系算机指令系机指令系统指令系统以以及中央处理统以及中央统以及中央以及中央处及中央处理 器。器。处理器。处理器。理器。目标1. 3：能够深入理能够较好地理能够理解指基本理解指不理解指令解指令流水解指令流水令流水线，与令流水线，与流水线，与线，与CPU连线，与CPU连CPU连接及编CPU连接及编CPU连接及编接及编制响接及编制响应制响应的初制响应的初制响应的初应的初始化的初始化程序始化程序和始化程序和始化程序和程序和应用 程序。和应用程序。应用程序。应用程序。应用程序。目标1. 4：很好地理解较好地理解计能够理解计基本理解计不理解计算计算机系统算机系统分层算机系统分算机系统分机系统分层分层体系结 构。体系结构。层体系结构。层体系结构。体系结构。目标2.1：具有很强的具有较强的计具有一般的基本具有计不具有计算计算机应用算机应用系统计算机应用算机应用系机应用系统系统软硬件软硬件设计与系统软硬件统软硬件设软硬件设计设计与开发 能力。开发能力。设计与开发 能力。计与开发能 力。与开发能力。目标2. 2：具有很强的具有较强的接具有一般的基本具有接不具有接口接口电路控口电路控制字接口电路控口电路控制电路控制字制字编程、初编程、初始化制字编程、初字编程、初始编程、初始化始化编程应编程应用的能始化编程应化编程应用编程应用的用的能力。力。用的能力。的能力。能力。目标2. 3：具有很强的具有较强的工具有一般工基本具有工不具有工程工程应用与程应用与工程程应用与项程应用与项应用与工程